Historia de los microprocesadores
El microprocesador es un producto de la computadora y con tecnología semiconductora. Se eslabona desde la mitad de los años 50's; estas tecnologías se fusionaron a principios de los años 70`'s, produciendo el llamado microprocesador.
La computadora digital hace cálculos bajo el control de un programa. La manera general en que los cálculos se han hecho es llamada la arquitectura de la computadora digital. Así mismo la historia de circuitos de estado sólido nos ayuda también, porque el microprocesador es un circuito con transistores o microcircuito LSI (grande escala de integración), para ser más preciso.
El mapa de la figura, mostrada al final de esta sección, muestra los sucesos importantes de éstas dos tecnologías que se desarrollaron en las últimas cinco décadas.
Las dos tecnologías iniciaron su desarrollo desde la segunda guerra mundial; en este tiempo los científicos desarrollaron computadoras especialmente para uso militar. Después de la guerra, a mediados del año de 1940 la computadora digital fue desarrollada para propósitos científicos y civiles
La tecnología de circuitos electrónicos avanzó y los científicos hicieron grandes progresos en el diseño de dispositivos físicos de Estado Sólido. En 1948 en los laboratorios Bell crearon el Transistor.
En los años 50 aparecen las primeras computadoras digitales de propósito general. Éstas usaban tubos al vacío (bulbos) como componentes electrónicos activos. Tarjetas o módulos de tubos al vacío fueron usados para construir circuitos lógicos básicos tales como compuertas lógicas y flip-flops (Celda donde se almacena un bit). Ensamblando compuertas y flip-flops en módulos, los científicos construyeron la computadora. Los bulbos también formaron parte de la construcción de máquinas para la comunicación con las computadoras. Para el estudio de los circuitos digitales, en la construcción de un circuito sumador simple se requiere de algunas compuertas lógicas.
La construcción de una computadora digital requiere de muchos circuitos o dispositivos electrónicos. El principal paso tomado en la computadora fue hacer que el dato fuera almacenado en memoria como una forma de palabra digital. La idea de almacenar programas fue muy importante.
Partes de un microprocesador
En un micro podemos diferenciar diversas partes: la memoria caché: una memoria ultrarrápida que sirve al micro para tener a mano ciertos datos que previsiblemente serán utilizados en las siguientes operaciones sin tener que acudir a la memoria RAM, reduciendo el tiempo de espera.
Es lo que se conoce como caché de primer nivel; es decir, la que está más cerca del micro, tanto que está junto a él. Todos los micros tipo Intel desde el 486 tienen esta memoria, también llamada caché interna.
el coprocesador matemático: o, más correctamente, la FPU (Floating Point Unit, Unidad de coma Flotante). Parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos; también puede estar en el exterior del micro, en otro chip.
El resto del micro: el cual tiene varias partes (unidad de enteros, registros, etc.) que no merece la pena detallar aquí.
Buses del procesador
Todos los procesadores poseen un bus principal o de sistema por el cual se envían y reciben todos los datos, instrucciones y direcciones desde los integrados del chipset o desde el resto de dispositivos. Como puente de conexión entre el procesador y el resto del sistema, define mucho del rendimiento del sistema, su velocidad se mide en bytes por segundo.
Ese bus puede ser implementado de distintas maneras, con el uso de buses seriales o paralelos y con distintos tipos de señales eléctricas. La forma más antigua es el bus paralelo en el cual se definen líneas especializadas en datos, direcciones y para control.
En la arquitectura tradicional de Intel (usada hasta modelos recientes), ese bus se llama el Front Side Bus y es de tipo paralelo con 64 líneas de datos, 32 de direcciones además de múltiples líneas de control que permiten la transmisión de datos entre el procesador y el resto del sistema. Este esquema se ha utilizado desde el primer procesador de la historia, con mejoras en la señalización que le permite funcionar con relojes de 333 MHz haciendo 4 transferencias por ciclo.
En algunos procesadores de AMD y en el Intel Core i7 se han usado otros tipos para el bus principal de tipo serial. Entre estos se encuentra el bus HyperTransport que maneja los datos en forma de paquetes usando una cantidad menor de líneas de comunicación, permitiendo frecuencias de funcionamiento más altas.
Los microprocesadores de última generación de Intel y muchos de AMD poseen además un controlador de memoria DDR en el interior del encapsulado lo que hace necesario la implementación de buses de memoria del procesador hacia los módulos. Ese bus esta de acuerdo a los estándares DDR de JEDEC y consisten en líneas de bus paralelo, para datos, direcciones y control. Dependiendo de la cantidad de canales pueden existir de 1 a 3 buses de memoria.
Tipos de microprocesadores de nueva tecnología
Procesadores MMX
La tecnología MMX es un mejor realce a la arquitectura Intel que convertirá a los PCs en una mejor plataforma de Multimedia y Comunicaciones. Es el más significativo en la arquitectura Intel desde el procesador i386. Este realce incluye 57 nuevas instrucciones orientadas a operaciones altamente paralelas con Multimedia y los tipos de datos en las Comunicaciones. Estas instrucciones usan una técnica conocida como SIMD (Simple Instrucción, Múltiples Datos) para dar un mejor rendimiento a la Multimedia y la computación de las comunicaciones. Los procesadores que soportan la tecnología MMX serán completamente compatibles con las generaciones anteriores de la Arquitectura Intel y el software instalado.
P6
Intel sostiene que el P6 es, aproximadamente, el doble de rápido que el Pentium. Pero Intel está comparando el rendimiento estimado de un P6 de 133 MHz (200 SPECint92) al de un Pentium de 100 MHz (112,7 SPECint92). El P6 tiene superpipelines, de forma que su frecuencia de reloj es más alta.
Novedades del P6.
F En el núcleo de la CPU 5,5 millones de transistores, en la caché secundaria integrada 15,5 millones.
F Micro arquitectura superescalar de 3 vías.
F Superpipeline de 14 etapas.
F Cinco unidades de ejecución paralelas: dos para enteros, una para carga, una para almacenamiento y una para com flotante.
F 8KB de caché primaria asociada de instrucciones de dos vías y 8 KB de caché primaria asociativa de datos con cuatro vías.
F 256 KB de cach‚ secundaria SRAM (RAM est tica) en un bus dedicado con la misma velocidad que la CPU, integrada con ‚ esta en un solo paquete PGA cerámico de 387 patilla de cavidad dual
F Bus transaccional de entrada/salida y jerarquía de caché no interferente.
F Ejecución de variación de orden, predicción dinámica de bifurcaciones y ejecución especulativa.
F Rendimiento proclamado por Intel: 200 SPECint92 a 133 MHz
F Tecnología de proceso de fabricación BiCMOS metálica de cuatro niveles, 0,6 micras y 2,9 voltios.
F Superficie de la CPU: 306 mm2.
F Superficie de la SRAM: 202 mm2.
F Consumo energético estimado máximo: 20 vatios a 133 MHz
Intel Celeron
Los procesadores Celeron pueden realizar las mismas funciones básicas que otros, pero su rendimiento es inferior. Por ejemplo, los Celeron usualmente tienen menos memoria caché o algunas funcionalidades avanzadas desactivadas. Estas diferencias impactan variablemente en el rendimiento general del procesador. Aunque muchos Celeron pueden trabajar prácticamente al mismo nivel de otros procesadores, algunas aplicaciones avanzadas (juegos, edición de video, programas de ingeniería, etc.) tal vez no funcionen igual en un Celeron.
Intel Pentium
Es una gama de microprocesadores de quinta generación con arquitectura x86 producidos por Intel Corporation.
SSE
Es una extensión al grupo de instrucciones MMX para procesadores Pentium III, introducida por Intel en febrero de 1999. Las instrucciones SSE son especialmente adecuadas para decodificación de MPEG2, que es el códec utilizado normalmente en los DVD, procesamiento de gráficos tridimensionales y software de reconocimiento de voz.
X86-64
Es una arquitectura basada en la extensión del conjunto de instrucciones x86 para manejar direcciones de 64 bits. Además de una simple extensión contempla mejoras adicionales como duplicar el número y el tamaño de los registros de uso general y de instrucciones SSE.
El Intel Pentium E
Es un chip dual de bajo costo []que será lanzado oficialmente el 3 de Junio del 2007,[2] pero ya en Mayo se han podido encontrar unidades en las tiendas. Esta basado en la micro arquitectura Intel Core.
AMD
Esta máquina de triturar números en coma flotante y con precisión real de 32 bits, está basada en la GPU de la tarjeta gráfica ATI Radeon X1900, es decir, en el magnífico chip AMD R580.
Con sus 48 procesadores y un ultra-eficiente controlador de memoria de 512-bit, esta placa formato PCI-Express y 1 Gb de memoria RAM DDR3 de última generación, promete a sus afortunados usuarios una potencia de cálculo de 360GFlops. Sin duda, algo que no está nada mal para un humilde ordenador de sobremesa.
K5 de AMD
o El K5 era un buen chip, rápido
o para labores de oficina pero con peor coprocesador
o matemático que el Pentium, por lo que no era apropiado para CAD ni para ciertos juegos tipo
o Quake, que son las únicas aplicaciones que usan esta parte del micro. Técnicamente, los
o modelos PR75, PR90 y PR100 se configuraban igual que sus PR equivalentes (sus
o Performance Rating ) en Pentium, mientras que los PR120, PR133 y PR166 eran más
o avanzados, por lo que necesitaban ir a menos MHz (sólo 90, 100 y 116,66 MHz) para alcanzar
o ese PR equivalente.
o 6x86 (M1) de Cyrix (o IBM)
Pentium MMX
o Es un micro propio de la filosofía Intel. Con un gran chip como el Pentium Pro ya en el mercado, y a 3 meses escasos de sacar el Pentium II, decidió estirar un poco más la tecnología ya obsoleta del Pentium clásico en vez de ofrecer esas nuevas soluciones a un precio razonable.
o Así que se inventó un nuevo conjunto de instrucciones para micro, que para ser modernos tuvieran que ver con el rendimiento de las aplicaciones multimedia, y las llamó MMX (Multimedia eXtensions). Prometían que el nuevo Pentium, con las MMX y el doble de caché (32 Kb), podía tener ¡hasta un 60% más de rendimiento!!
Pentium II
o En realidad, se trata del viejo Pentium Pro, jubilado antes de tiempo, con algunos
o cambios (no todos para mejor) y en una nueva y fantástica presentación, el
o cartucho SEC: una cajita negra superchula que en vez de a un zócalo se conecta a
o una ranura llamada Slot 1.
o Los cambios respecto al Pro son:
o optimizado para MMX (no sirve de mucho, pero hay que estar en la onda, chicos);
o nuevo encapsulado y conector a la placa (para eliminar a la competencia, como
o veremos);
o rendimiento de 16 bits mejorado (ahora es mejor que un Pentium en Windows 95,
o pero a costa de desaprovecharlo; lo suyo son 32 bits puros);
o caché secundaria encapsulada junto al chip (semi-interna, como si dijéramos), pero
o a la mitad de la velocidad de éste (un retroceso desde el Pro, que iba a la misma
o velocidad; abarata los costes de fabricación
K6 de AMD
o Un chip meritorio, mucho mejor que el K5. Incluye la " magia" MMX, aparte de un diseño interno increíblemente innovador y una caché interna de 64 Kb (no hace demasiado, ese tamaño lo tenían las cachés externas; casi da miedo).
o Se " pincha" en un zócalo de Pentium normal (un socket 7, para ser precisos) y la caché secundaria la tiene en la placa base, a la manera clásica. Pese a esto, su rendimiento es muy bueno: mejor que un MMX y sólo algo peor que un II, siempre que se pruebe en Windows 95 (NT es terreno abonado para el Pentium II).
Procesadores MMX
La tecnología MMX es un mejor realce a la arquitectura Intel que convertirá a los PCs en una mejor plataforma de Multimedia y Comunicaciones. Es el más significativo en la arquitectura Intel desde el procesador i386. Este realce incluye 57 nuevas instrucciones orientadas a operaciones altamente paralelas con Multimedia y los tipos de datos en las Comunicaciones. Estas instrucciones usan una técnica conocida como SIMD (Simple Instrucción, Múltiples Datos) para dar un mejor rendimiento a la Multimedia y la computación de las comunicaciones. Los procesadores que soportan la tecnología MMX serán completamente compatibles con las generaciones anteriores de la Arquitectura Intel y el software instalado.
P6
Intel sostiene que el P6 es, aproximadamente, el doble de rápido que el Pentium. Pero Intel está comparando el rendimiento estimado de un P6 de 133 MHz (200 SPECint92) al de un Pentium de 100 MHz (112,7 SPECint92). El P6 tiene superpipelines, de forma que su frecuencia de reloj es más alta.
Novedades del P6.
F En el núcleo de la CPU 5,5 millones de transistores, en la caché secundaria integrada 15,5 millones.
F Micro arquitectura superescalar de 3 vías.
F Superpipeline de 14 etapas.
F Cinco unidades de ejecución paralelas: dos para enteros, una para carga, una para almacenamiento y una para com flotante.
F 8KB de caché primaria asociada de instrucciones de dos vías y 8 KB de caché primaria asociativa de datos con cuatro vías.
F 256 KB de cach‚ secundaria SRAM (RAM est tica) en un bus dedicado con la misma velocidad que la CPU, integrada con ‚ esta en un solo paquete PGA cerámico de 387 patilla de cavidad dual
F Bus transaccional de entrada/salida y jerarquía de caché no interferente.
F Ejecución de variación de orden, predicción dinámica de bifurcaciones y ejecución especulativa.
F Rendimiento proclamado por Intel: 200 SPECint92 a 133 MHz
F Tecnología de proceso de fabricación BiCMOS metálica de cuatro niveles, 0,6 micras y 2,9 voltios.
F Superficie de la CPU: 306 mm2.
F Superficie de la SRAM: 202 mm2.
F Consumo energético estimado máximo: 20 vatios a 133 MHz
Intel Celeron
Los procesadores Celeron pueden realizar las mismas funciones básicas que otros, pero su rendimiento es inferior. Por ejemplo, los Celeron usualmente tienen menos memoria caché o algunas funcionalidades avanzadas desactivadas. Estas diferencias impactan variablemente en el rendimiento general del procesador. Aunque muchos Celeron pueden trabajar prácticamente al mismo nivel de otros procesadores, algunas aplicaciones avanzadas (juegos, edición de video, programas de ingeniería, etc.) tal vez no funcionen igual en un Celeron.
Intel Pentium
Es una gama de microprocesadores de quinta generación con arquitectura x86 producidos por Intel Corporation.
SSE
Es una extensión al grupo de instrucciones MMX para procesadores Pentium III, introducida por Intel en febrero de 1999. Las instrucciones SSE son especialmente adecuadas para decodificación de MPEG2, que es el códec utilizado normalmente en los DVD, procesamiento de gráficos tridimensionales y software de reconocimiento de voz.
X86-64
Es una arquitectura basada en la extensión del conjunto de instrucciones x86 para manejar direcciones de 64 bits. Además de una simple extensión contempla mejoras adicionales como duplicar el número y el tamaño de los registros de uso general y de instrucciones SSE.
El Intel Pentium E
Es un chip dual de bajo costo []que será lanzado oficialmente el 3 de Junio del 2007,[2] pero ya en Mayo se han podido encontrar unidades en las tiendas. Esta basado en la micro arquitectura Intel Core.
AMD
Esta máquina de triturar números en coma flotante y con precisión real de 32 bits, está basada en la GPU de la tarjeta gráfica ATI Radeon X1900, es decir, en el magnífico chip AMD R580.
Con sus 48 procesadores y un ultra-eficiente controlador de memoria de 512-bit, esta placa formato PCI-Express y 1 Gb de memoria RAM DDR3 de última generación, promete a sus afortunados usuarios una potencia de cálculo de 360GFlops. Sin duda, algo que no está nada mal para un humilde ordenador de sobremesa.
K5 de AMD
o El K5 era un buen chip, rápido
o para labores de oficina pero con peor coprocesador
o matemático que el Pentium, por lo que no era apropiado para CAD ni para ciertos juegos tipo
o Quake, que son las únicas aplicaciones que usan esta parte del micro. Técnicamente, los
o modelos PR75, PR90 y PR100 se configuraban igual que sus PR equivalentes (sus
o Performance Rating ) en Pentium, mientras que los PR120, PR133 y PR166 eran más
o avanzados, por lo que necesitaban ir a menos MHz (sólo 90, 100 y 116,66 MHz) para alcanzar
o ese PR equivalente.
o 6x86 (M1) de Cyrix (o IBM)
Pentium MMX
o Es un micro propio de la filosofía Intel. Con un gran chip como el Pentium Pro ya en el mercado, y a 3 meses escasos de sacar el Pentium II, decidió estirar un poco más la tecnología ya obsoleta del Pentium clásico en vez de ofrecer esas nuevas soluciones a un precio razonable.
o Así que se inventó un nuevo conjunto de instrucciones para micro, que para ser modernos tuvieran que ver con el rendimiento de las aplicaciones multimedia, y las llamó MMX (Multimedia eXtensions). Prometían que el nuevo Pentium, con las MMX y el doble de caché (32 Kb), podía tener ¡hasta un 60% más de rendimiento!!
Pentium II
o En realidad, se trata del viejo Pentium Pro, jubilado antes de tiempo, con algunos
o cambios (no todos para mejor) y en una nueva y fantástica presentación, el
o cartucho SEC: una cajita negra superchula que en vez de a un zócalo se conecta a
o una ranura llamada Slot 1.
o Los cambios respecto al Pro son:
o optimizado para MMX (no sirve de mucho, pero hay que estar en la onda, chicos);
o nuevo encapsulado y conector a la placa (para eliminar a la competencia, como
o veremos);
o rendimiento de 16 bits mejorado (ahora es mejor que un Pentium en Windows 95,
o pero a costa de desaprovecharlo; lo suyo son 32 bits puros);
o caché secundaria encapsulada junto al chip (semi-interna, como si dijéramos), pero
o a la mitad de la velocidad de éste (un retroceso desde el Pro, que iba a la misma
o velocidad; abarata los costes de fabricación
K6 de AMD
o Un chip meritorio, mucho mejor que el K5. Incluye la " magia" MMX, aparte de un diseño interno increíblemente innovador y una caché interna de 64 Kb (no hace demasiado, ese tamaño lo tenían las cachés externas; casi da miedo).
o Se " pincha" en un zócalo de Pentium normal (un socket 7, para ser precisos) y la caché secundaria la tiene en la placa base, a la manera clásica. Pese a esto, su rendimiento es muy bueno: mejor que un MMX y sólo algo peor que un II, siempre que se pruebe en Windows 95 (NT es terreno abonado para el Pentium II).
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